熔体金属铜凝固过程中原子团簇结构的形成与生长特性

采用分子动力学方法对液态金属Cu在两种不同冷却速率下的凝固过程中其原子团簇结构的形成与生长特性进行了模拟跟踪研究.运用双体分布函数、HA键型指数法、原子团簇类型指数法和可视化分析等方法对凝固过程中原子团簇的微观结构演变特性进行了分析研究.研究结果发现:冷却速率为4.0×1012 K/s和2.0×1012K/s时,系统形成以1421、1422键型或由这两种键型构成的面心立方(fcc)(12 0 0 0 12 0)和六角立方(hcp)基本原子团(12 0 0 0 6 6)为主体的晶体结构;尤其是由1421键型构成的面心立方(12 0 0 0 12 0)基本原子团在原子团簇结构的形成和晶体生长中占主导地位.同时还发现:两种冷速下的结晶温度分别为673 K和773 K,即冷却速度越慢,结晶温度越高;系统最终形成了fcc和hcp的混合晶体结构,但以fcc晶体结构为主;fcc(12 0 0 0 12 0)基本原子团在慢速低温时具有较好的遗传特性,基本原子团之间很容易连接在一起生长成较大的纳米级大团簇结构.     

离化集团束淀积技术的研究

本文从可压缩气体动力学出发,推导得到原(分)子团束中的原(分)子速度,从而算得原(分)子团的动能。作者用自己设计的离化集团束装置产生银原子团,并用圆筒型静电偏转能量分析器CAD—127测量了银原子团的能量。由此得到从1650K的高温坩埚喷口经绝热膨胀所形成的银原子团中含300～500个银原子的原子团约占60%。作者还用扫描俄歇微探针(SAM)分别研究了银蒸汽、银原子团、离化银原子团三种束流淀积于硅片时,银原子沿平行于硅片平面所作的迁移运动,发现三种束流中的银原子有明显不同的迁移长度。实验还表明;由这三种束流淀积形成的银膜同基体的结合力和金—半接触特性也有所不同。     

液态金属Cu大系统快速凝固过程中微观结构转变特性的模拟研究

采用分子动力学方法和Quantum Sutton-Chen多体势,对液态金属Cu的快速凝固过程进行了计算机模拟跟踪研究.运用Honeycutt-Andersen(HA)键型指数法和原子成团类型指数法(CTIM)分析了金属Cu原子的成键类型和形成的原子团簇结构.研究发现,系统形成以1551、1541和1431 3种键型为主的非晶态结构;二十面体原子团(12 0 12 0)和缺陷多面体基本原子团(12 2 8 2)、(13 1 10 2)、(13 3 6 4)、(14 1 10 3)、(14 2 8 4)、(14 3 6 5)在液态转变为非晶体过程中起到了关键性作用;系统所形成的纳米级团簇由一些基本多面体原子团相互连接而成,这正是与由气相沉积法和离子溅射法所获得的团簇结构的本质差别.通过对双体分布函数g(r)、HA键型、基本原子团和平均原子体积的分析,还得到液态金属Cu在冷却速率为1.0×1014K/s时的非晶转变温度Ts约为673K.     

冷却速度对铜凝固过程中微观结构转变影响的模拟（英文）

采用分子动力学方法对由5万个液态金属铜(Cu)原子构成的系统在不同冷却速率下的凝固过程中对微观结构演变的影响进行了模拟跟踪研究。运用双体分布函数g(r)曲线、HoneycuttAndersen(HA)键型指数法、新的原子团类型指数法(CTIM-2)和可视化分析等方法,对凝固过程中微观结构的演变特性进行了分析研究。结果发现:由非晶体向晶体转变的临界速度约为1.0×1013 K/s,在此冷速下系统最终形成非晶体和晶体混合共存的结构;在冷速为1.0×1014 K/s时,非晶转化温度约为673K;在以4.0×1012 K/s速度冷却时,系统从673K就开始结晶,并形成以1421和1422二种键型或由这二种键型构成的面心立方(fcc)(12 0 0 0 12 0)和六角立方(hcp)(12 0 0 0 6 6)基本原子团为主的晶体结构。同时发现,冷速对系统中的fcc结构和hcp结构的相对比例有显著的影响,冷速越低,fcc基本原子团簇结构越多。     

Ni对RPV模拟钢中富Cu原子团簇析出的影响

用原子探针层析技术和时效模拟方法,研究了不同N i含量并且提高了Cu含量的反应堆压力容器(RPV)用模拟钢中富Cu、富N i和富Mn原子团簇的形成。结果表明,提高钢中的N i含量会促使富Cu原子团簇的析出,富Cu原子团簇中含有N i和Mn。实验检测到富N i的原子团簇,团簇中含有Cu和Mn,富N i原子团簇可以作为富Cu原子团簇析出时的形核区。实验还检测到富Mn原子团簇,当Mn原子团簇中含有较高的N i时,它也可以成为富Cu原子团簇析出时成核的地方。由于钢中的合金元素N i在形成富N i原子团簇后会成为富Cu原子团簇析出时成核区,因而提高N i的含量将促进富Cu原子团簇的析出,这是合金元素N i会增加压力容器钢中子辐照脆化敏感性的本质原因。     

原子团、超微粒子及其功能薄膜

超微粒子系指1～100nm之间的粒子。由几个原子至10~5个原子组成的粒子称为原子团。原子团的超微粒子的表面原子数与其原子总数之比随粒子尺寸减小而增大,表面效应更趋明显;其量子效应与尺寸大小有明显依赖关系。它们有独特的物理和化学特性。近些年发展较快,各自成为新的学科领域。薄膜形成的初期会出现原子团,大多数情况是接着出现超微粒子。因此研究原子团和超微粒子的形成和生长也是薄膜研究的基础。本文对原子团和超微粒子作有选择的评述,对含有原子团和超微粒子的功能薄膜作简要的评论和介绍。     

ICB 淀积 Sb,Pb 的薄膜结构

本文用离化原子团束工艺淀积 Sb 和 Pb 薄膜,系统研究了各淀积参数对薄膜晶粒取向度等结构特性的影响,并测定了 Pb 原子团束的原子团大小和离化率,讨论了薄膜结构的形成机理.     

Ni_3Al合金熔体结构的高温X射线衍射分析EI北大核心

采用高温X射线衍射技术对Ni3Al合金1703~1808K下的熔体结构进行了研究,获得了原始衍射强度、结构因子、平均最近邻原子间距离和配位数等结构信息。结果表明,Ni3Al合金在测定温度下的熔体结构基本没有发生改变,只是原子团簇尺寸上的增大或减小。熔体中除存在短程有序结构以外,还存在中程有序结构单元。通过固液X射线衍射曲线的对比分析,得到合金熔体中存在类γ-′Ni3Al和-βNiAl相两种有序原子团簇结构单元,固液结构之间存在密切的相关性。     

金属凝固过程中纳米级团簇结构的形成、演变与表征研究

采用分子动力学方法对含有100万个Na原子的液态金属大系统在凝固过程中纳米级团簇结构的形成与演变进行了模拟研究。采用Honeycutt-Andersen（HA）键型指数法和原子团类型指数法（CTIM）的基本原子团表征了各种类型大团簇的结构组态。结果显示：在液态金属Na凝固过程中，与1551键型密切相关的（13364），（131102），（14248）等3种基本原子团及其组合在微观结构转变中起着最重要的作用；凝固过程中形成的纳米级大团簇结构是由大小不同的中、小团簇及各种基本原子团相互连接而成，且大团簇结构内各种基本原子团的中心原子都是相互呈单键连接或多键连接，团簇结构内呈多键结合的中心原子的数目越多，该团簇越稳定；系统中各种类型团簇结构的数目具有明显的幻数特性，与Knight等人的实验结果甚为相符。     

原子团离子在Al_(x)Ga(1-x)As基体组分SIMS定量分析中的应用

通过检测原子团离于MCs 和MAs－（M是基体元素）对AlxGa1-xAs基体组分进行了定量的分析，考察了MIQ－156SIMS上所测这些原子团离子的能量分布及其对分析结果的影响，并对正、负SIMS测量方法做出比较。     

冷原子上抛高度的精确计算方法

冷原子的上抛高度是上抛顶点至上抛起点的距离,铯原子喷泉钟实验中,向上光向下光频率失谐形成的移动光学黏胶使冷原子团进行了短暂的加速和匀速向上运动。激光关闭后,冷原子团在重力作用下,上抛至顶点然后自由落体至探测区从而被探测光探测。之前的计算忽略了冷原子团的加速和匀速向上运动过程,存在一定的系统误差。结合原子飞行信号实验数据,还原冷原子的三种不同运动过程,精确计算了冷原子的上抛高度,修正了原有的系统误差。     

我国纳米技术研究精确到单分子结构

纳米技术发展至今，遇到的一个重大难题就是直接观察单个分子和原子团簇的几何结构和电子结构，并对其进行理论阐述。日前由国家自然科学基金会连续资助的研究项目“单分子结构与电子态的理论和实验研究”已经突破该难题，能够对单个分子和原子团簇的结构进行理论上的建模分析与表述。     

原子团离子在AlxGa1—xAs基体组分SIMS定量分析中的应用

通过检测原子团离子ＭＣｓ＾＋和ＭＡｓ＾－（Ｍ是基体元素）对ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ基体组分进行了定量的分析，考虑了ＭＩＱ＝１５６ＳＩＭＳ上所测迷些原子团离子的能量分主其对分析结果的影响，并对正、负ＳＩＭＳ，测量方法做出比较。     

不同应变率下纳米多晶Cu/Ni薄膜变形行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了纳米多晶Cu/Ni薄膜在不同应变率下进行应变加载时的变形行为与力学性能.结果表明:Cu/Ni薄膜在较高的应变率加载情况下具有较高的屈服极限和应变率敏感性(m).应变率为108s1时Cu/Ni多层膜的界面上产生孔洞,而应变率为1010s-1时纳米多晶Cu薄膜出现碎裂.在较高的应变率加载条件下,Cu,Ni薄膜中FCC,HCP,OTHER原子团分数变化都很显著,而较小应变率时只有Cu薄膜的结构变化明显.模拟结果还表明,应变率增加有利于堆垛层错的形成,但应变率超过某一值时无序原子团增加会阻碍堆垛层错原子团的生长.     

蓄冷材料的氢化反应

本文通过X-ray衍射的方法,研究了不同温度下充氢后蓄冷材料HoCu2结构的变化.实验结果表明,室温及423K下充氢,HoCu2相晶格发生膨胀.453K和473K下充氢,样品具有一定的非晶状态.673K下充氢,HoCu2相歧化分解为两相混合物.     

第I类硅笼中M@Si_(20)原子团的电子态研究

采用量子化学SCF-Xα-SW方法计算了第I类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

时效早期Al-Mg-Si合金的组织和析出相的演变

用显微硬度测试、差示扫描量热法(DSC)和高分辨透射电镜(HRTEM)观察等手段研究了Al-Mg-Si合金人工时效过程中的硬化、组织变化以及早期析出相的演变。结果表明：在170℃时效的合金具有更高的峰值硬度。在时效初期晶内析出高数量密度的溶质原子团簇和GP区,合金的硬度显著提高。在170℃处理4 h后合金的硬度达到峰值,此时晶内析出相以针状β″相为主,β″相与Al基体界面三维共格应变是合金强化的主要原因。同时,晶界析出相呈断续分布状态。随着时效时间的增加β″相开始粗化,晶界析出相的连续程度降低。在过时效阶段晶内析出相的严重粗化和数量密度的降低,使合金的硬度剧烈降低。在时效的初始阶段,合金的析出序列为过饱和固溶体→球形原子团簇→针状GP区→针状β″相。     

分子动力学方法模拟GaN薄膜生长

采用分子动力学模拟方法,应用Buckingham经验势模型,模拟纤锌矿相GaN的薄膜晶格生长.研究了GaN薄膜生长的早期阶段的形貌特点、生长规律、表面结构及动力学特性.模拟发现,N原子与Ga原子按照晶格特征吸附在衬底上,作层状分布趋势并且薄膜层从下到上晶态特征逐渐减弱.观察每层沉积原子数、空位比、沉积原子团簇质心高度与沉积原子均方位移随时间的变化规律,发现了随着时间步数增加,原子团簇逐渐达到稳定,在5000步时前3层都达到了较稳定状态,且N原子比Ga原子能更快地找到平衡位置.     

第Ⅰ类硅笼中M@Si20原子团的电子态研究

采用量子化学SCF—Xα—SW方法计算了第Ⅰ类Si基笼状化合物中M@Si20(M=□,Na,Zr,Cs,Ba,Ce)原子团的态密度,及各体系中Si原子的结合势。结果表明在原子团M@Si20中笼内金属原子M与笼上硅原子间的结合强度随金属原子不同而变化,结合方式依赖于金属原子M的电子结构。笼内原子的d轨道主要分布在完整晶体的导带底,此外另有少部分与价带结合。作为新型硅笼材料设计,探讨了构成笼内含Ce、Zr的硅笼材料的可能性。     

纳米Dy0.15Fe1.85O3磁颗粒的低温磁特性研究

采用共沉淀–相转化法制备了纳米Dy0.15Fe1.85O3磁颗粒,研究了低温条件下温度变化对其磁学特性的影响.采用XRF、TEM、XRD和超导量子磁强计(SQUID)对样品的化学成份、形貌、晶型结构和磁学性能进行了表征.结果表明:样品中的金属离子主要是Dy3+、Fe3+,含量分别为12.17wt%、51.88wt%.形貌为类球形,平均粒径约15 nm,且结晶性完全,晶型为面心立方尖晶石结构.在56.5～200.2 K范围内,样品的饱和磁化强度(MS)、矫顽力(HC)均随温度的降低呈现出增大的变化规律,当温度T≥142.8 K时,呈超顺磁性状态;当T<142.8 K时,由超顺磁性状态转化为铁磁性状态.